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普考申論題 108年 [航空器維修] 旋翼機原理

第 一 題

📖 題組:
針對圖一的主旋翼分別旋轉至 A、B、C、D 等四個位置:
題組圖片
📝 此題為申論題,共 2 小題

小題 (一)

說明該四個位置的攻角(attack angle)的不同之處。(10 分)

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判斷直升機主旋翼各位置攻角差異時,首先需辨識旋翼轉向(圖中為逆時針),並預設為『前飛狀態』。接著應用『升力不對稱(Dissymmetry of Lift)』原理:前進側(A)相對空速大,需減小攻角;後退側(C)相對空速小,需增大攻角,以維持整個旋翼盤的升力平衡。

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【破題】本題核心在於直升機前飛時所產生的「升力不對稱(Dissymmetry of Lift)」現象。根據圖一逆時針旋轉之主旋翼,為維持旋翼盤左右兩側升力平衡,必須透過葉片揮舞(Flapping)與機師的週期距控制(Cyclic Pitch Control),不斷改變葉片在各位置的攻角(Angle of Attack, AoA)。 【論述】 假設該直升機處於向前飛行狀態,A、B、C、D 四個位置的攻角差異分析如下:

小題 (二)

說明與分析該四個位置攻角變化的原因。(10 分)

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看到直升機旋翼俯視方位圖,應立刻聯想前飛狀態下的「升力不對稱(Dissymmetry of Lift)」現象。運用「揮舞效應(Flapping)」原理解析:前行側(A)相對速度大,葉片向上揮舞減少攻角;退行側(C)相對速度小,葉片向下揮舞增加攻角。依序說明A、B、C、D四點的氣流速度、揮舞方向與攻角關係即可完整拿分。

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【破題】 直升機於前飛時,因旋翼旋轉速度與前進速度的向量疊加,會產生左右兩側的「升力不對稱(Dissymmetry of Lift)」。為維持飛行平衡,旋翼會透過葉片的「揮舞效應(Flapping)」改變相對氣流的流入角,進而導致各位置的攻角(Angle of Attack, AOA)發生變化。 【論述】

📝 直升機升力不對稱分析
💡 前飛時為克服升力不對稱,主旋翼需週期性調整各位置攻角以維持平衡。
比較維度 前進葉片 (位置 A) VS 後退葉片 (位置 C)
相對氣流速度 旋轉速度 + 前飛速度 (最大) 旋轉速度 - 前飛速度 (最小)
攻角大小 (AoA) 最小 (Lowest) 最大 (Highest)
揮舞方向效應 向上揮舞 (降低實質攻角) 向下揮舞 (增加實質攻角)
💬透過攻角與空速的負相關調整,克服前飛時的升力不對稱現象。
🧠 記憶技巧:前快攻角小、後慢攻角大、左右對稱看揮舞。
⚠️ 常見陷阱:易誤將「相對速度最大」與「攻角最大」聯想在一起;實際上為了平衡升力,速度最快處攻角必須設為最小。
後退葉片失速 揮舞運動 (Flapping) 週期距控制 (Cyclic Pitch)

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